باحثون يعيدون استخدام نفايات معالجة المياه لإنتاج مرشحات بلاستيك دقيق عالية الكفاءة

نجح باحثون في إعادة استخدام النواتج الثانوية للنفايات الناجمة عن معالجة المياه البلدية لإنتاج وسائط ترشيح عملية قادرة على استخراج ما بين 86.9 percent و97.1 percent من ملوثات البلاستيك الدقيق من عينات مياه واقعية، وفقاً لتقرير نشرته TOI Science Desk في September 2026. ويقدم هذا الإنجاز التقني حلاً مزدوجاً محتملاً لتحديين بيئيين منفصلين: التلوث الواسع النطاق للأنظمة البيئية المائية بالبوليمرات الاصطناعية المجهرية، وتراكم النفايات الصلبة الناتجة أثناء تنقية مياه الشرب. ومن خلال تحويل الحمأة المتبقية—التي تُلقى عادةً في مكبات النفايات أو تُحرق—إلى مواد ممتزة مسامية، أثبت العلماء أن مرافق المياه يمكنها تقليل النفايات التشغيلية مع تعزيز قدرتها في الوقت نفسه على التقاط الجسيمات البلاستيكية الدقيقة التي تتسرب من أنظمة الترشيح التقليدية.

## حقائق رئيسية - أظهرت الفحوصات المجرأة على عينات مياه واقعية معدلات التقاط للبلاستيك الدقيق تتراوح بين 86.9 percent و97.1 percent. - تستخدم هذه التقنية بقايا النفايات الناتجة أثناء عمليات معالجة المياه البلدية القياسية كمادة خام أساسية للمرشح الجديد. - تمثل جسيمات البلاستيك الدقيق، المعرفة بأنها شظايا بلاستيكية يقل قطرها عن five millimeters، ملوثاً واسع الانتشار في بيئات المياه العذبة والبحرية. - تنتج البنية التحتية التقليدية لتنقية المياه ملايين الأطنان المتريّة من الحمأة سنوياً، مما يخلق تكاليف التخلص منها باهظة للسلطات البلدية. - يهدف النظام ذو الفائدة المزدوجة إلى تقليل الأثر البيئي لمعالجة المياه مع منع إعادة دخول البلاستيك الدقيق إلى الممرات المائية العامة.

## ماذا حدث وفقاً لتقرير نشرته TOI Science Desk، طور الباحثون عملية تحول بقايا معالجة المياه القياسية—التي يُشار إليها غالباً بحمأة مياه الشرب—إلى مادة ترشيح مصممة خصيصاً لاستهداف البلاستيك الدقيق. في المرافق البلدية، تُعالج المياه الخام روتينياً بملبدات مثل أملاح الألومنيوم أو الحديد لتجميع المواد الصلبة المعلقة. ويترسب الراسب الناتج كحمأة كثيفة تحتوي على مركبات معدنية وهيدروكسيدات فلزية وحطام عضوي. وتاريخياً، كان يتم التعامل مع هذه المادة كتدفق نفايات منخفض القيمة يتطلب نزع الماء منه ونقله ودفع رسوم تفريغ مكبات النفايات الباهظة.

وفي تحقيق 2026 الذي أوردته TOI Science Desk، جمع العلماء بقايا النفايات هذه وأخضعوها لعمليات تعديل حرارية أو كيميائية متخصصة لإنشاء مادة عالية المسامية ذات مساحة سطحية محسنة وألفات كيميائية محددة. وعند نشرها في أعمدة الترشيح، تتفاعل مادة الحمأة المعدلة مع البلاستيك الدقيق من خلال القوى الكهروسكونية والاحتجاز الفيزيائي والتفاعلات الكارهة للماء.

ولتقييم المادة تحت ظروف التشغيل، أجرى فريق البحث تجارب باستخدام عينات مياه من العالم الحقيقي بدلاً من المحاليل المختبرية المقطرة بالكامل. وتتفاوت ملوثات البلاستيك الدقيق في البيئات الطبيعية ومياه الصرف الصحي تفاوت كبيراً في الشكل والحجم والتركيب الكيميائي والشحنة السطحية—حيث تتراوح من الألياف الاصطناعية التي تتساقط من الملابس إلى حبيبات البولي إيثيلين والبولي بروبيلين المجزأة. وفي تقييمات المياه الواقعية هذه، حقق المرشح المشتق من الحمأة معدلات احتجاز بين 86.9 percent و97.1 percent، مما أدى إلى التقاط الغالبية العظمى من جسيمات البلاستيك الدقيق المعلقة. وتشير النتائج إلى أن المادة تحافظ على أدائها على الرغم من وجود المواد العضوية الذائبة والأملاح المعدنية والمواد المنافسة الأخرى الموجودة عادة في مصادر المياه البيئية.

## لماذا يهم هذا الأمر تسلط الدراسة الضوء على تطبيق عملي لمبادئ الاقتصاد الدائري ضمن أنظمة البنية التحتية الحضرية. ومع استمرار نمو إنتاج البلاستيك العالمي—ليصل إلى أكثر من 400 million metric tons سنوياً في جميع أنحاء العالم—انتشرت جسيمات البلاستيك الدقيق في كل نظام مائي رئيسي، بما في ذلك البحيرات والأنهار ومصبات الأنهار والخنادق البحرية العميقة. وتشكّل هذه الجسيمات مخاطر سمية بيئية من خلال السد الفيزيائي للجهاز الهضمي للكائنات المائية والعمل كأدوات نقل للمواد الكيميائية الكارهة للماء السامة والمعادن الثقيلة والملوثات العضوية الثابتة.

بالتزامن مع ذلك، تواجه مرافق معالجة المياه البلدية تكاليف متزايدة مرتبطة بالتخلص من النفايات الصلبة. وتنتج محطات مياه الشرب حول العالم ملايين الأطنان من الحمأة سنوياً. وفي North America وEurope وحدهما، تستهلك إدارة الحمأة البلدية ميزانيات تشغيلية بلدية كبيرة، مع ارتفاع رسوم التفريغ وتكاليف النقل بشكل مطرد بموجب لوائح بيئية أكثر صرامة.

وإذا تم توسيع نطاق ذلك بنجاح، فإن تحويل الحمأة إلى مواد ممتزة للبلاستيك الدقيق يغير اقتصاديات كل من إدارة النفايات وتنقية المياه. وبدلاً من إنفاق رأس المال لنقل الحمأة إلى مكبات النفايات أو المحارق—وهي أفعال يمكن أن تطلق غازات الاحتباس الحراري أو العصارة—يمكن لمرافق المياه معالجة نفاياتها الخاصة وتحويلها إلى منتج كيميائي وظيفي. علاوة على ذلك، ونظراً لأن عمليات الترشيح بالرمل التقليدية ومعالجة مياه الصرف الصحي الثانوية غالباً ما تواجه صعوبة في التقاط البلاستيك الدقيق الناعم الذي يقل حجمه عن 100 micrometers دون ترشيح غشائي ثلاثي مكلف مثل التناضح العكسي أو الترشيح الفائق، فإن هذه المادة المعاد تدويرها توفر خياراً أقل تكلفة لتحديث المرافق الحالية.

## الخلفية تم التعرف على البلاستيك الدقيق لأول مرة على نطاق واسع كملوث بحري رئيسي في early 2000s، لكن التطورات التحليلية الأخيرة وثقت وجوده عبر دورة المياه بأكملها، بما في ذلك مصادر مياه الشرب البشرية. تُصنع الجسيمات البلاستيكية الدقيقة الأولية بأحجام صغيرة، مثل المساحيق الصناعية الكاشطة أو الكريات المجهرية التجميلية، بينما تنتج الجسيمات البلاستيكية الدقيقة الثانوية عن التجوية الميكانيكية، والأكسدة الضوئية، والتفكك الكيميائي للمواد الاستهلاكية الأكبر حجماً مثل الزجاجات البلاستيكية، والتغليف، والمنسوجات الاصطناعية، وإطارات السيارات.

تعتمد معالجة مياه الشرب البلدية القياسية على عملية متعددة المراحل مصممة في المقام الأول لإزالة العوامل الممرضة البيولوجية والعكارة والمواد العضوية الطبيعية. وتتضمن هذه العملية عموماً التلبد والتخثير والترسيب والترشيح بالرمل والتطهير الكيميائي باستخدام الكلور أو الضوء فوق البنفسجي. وفي حين أن التلبد والترشيح بالرمل يمكنهما التقاط الجسيمات البلاستيكية الأكبر حجماً، فإن الجسيمات البلاستيكية الدقيقة الأصغر حجماً—ولا سيما الألياف الاصطناعية الدقيقة والبلاستيك النانوي—تنسرب متكررة عبر أسرّة الرمل بسبب سطوحها الملساء وكثافتها المنخفضة وشحناتها المحايدة.

يمكن لتقنيات الترشيح الثلاثي المتقدمة، مثل أغشية الترشيح الدقيق، والترشيح النانوي، وأسرّة الكربون المنشط، تحقيق معدلات التقاط عالية للجسيمات الدقيقة. ومع ذلك، فإن هذه الأنظمة تتحمل تكاليف طاقة كبيرة، وتتطلب غسيلاً عكسياً متكرراً، وتُعاني من انسداد الأغشية، مما يزيد من وقت التوقف التشغيلي والنفقات الرأسمالية. وفي الوقت نفسه، شكلت بقايا معالجة مياه الشرب (DWTRs) لسنوات طويلة صداعاً إدارياً لسلطات المياه. وتتكون DWTRs في الغالب من هيدروكسيدات فلزية (مثل هيدروكسيد الألومنيوم أو هيدروكسيد حديديك) مدمجة مع الغرين والصلصال المحتجزين. وبينما استكشف الباحثون سابقاً استخدام DWTRs لامتصاص الفسفور أو المعادن الثقيلة من الجريان السطحي الزراعي، فإن تكييف هذه البقايا لإنتاج مرشحات بلاستيك دقيق مصممة يمثل توسعاً مبتكراً لاستعادة النفايات في الهندسة البيئية.

## ردود الفعل تراجع الأوساط العلمية والهندسية البلدية النتائج ببالغ الاهتمام لتقييم جدوى التوسع الصناعي. ويؤكد مهندسو الموارد المائية أنه على الرغم من أن معدلات الاستخراج العالية في اختبارات المياه الواقعية واعدة، فإن النشر في العالم الحقيقي يتطلب إثبات معدلات تدفق هيدروليكية متسقة، ومتانة مرشح طويلة الأجل، ومقاومة للانسداد على مدى أشهر من التشغيل المستمر.

وأشار المدافعون عن سياسات الصحة البيئية إلى أن ابتكارات إعادة تدوير المواد يجب أن تترافق مع اختبارات شاملة لضمان عدم تسرب المعادن الثقيلة أو الألومنيوم المتبقي أو الملوثات الكيميائية المرتبطة من المرشحات القائمة على الحمأة إلى المياه المعالجة الناتجة. وقد أعطت الوكالات التنظيمية، مثل U.S. Environmental Protection Agency (EPA) و European Environment Agency (EEA)، أولوية متزايدة لرصد البلاستيك الدقيق والحد من النفايات الصلبة. ويتوقع مراقبو القطاع أن تطلب مرافق المياه البلدية ومصنعو المعدات البيئية تجارب توضيحية أكبر على نطاق تجريبي قبل النظر في دمجها في المرافق البلدية الحالية.

## ما لا نعرفه بعد على الرغم من الأداء الواعد الذي أوردته TOI Science Desk، فإن العديد من المعايير الفنية والاقتصادية الرئيسية لا تزال غير مؤكدة في الأدبيات المنشورة. أولاً، إن طرق التكييف الكيميائي والحراري الدقيقة المستخدمة لتحويل الحمأة إلى وسيط ترشيح فعال—ومدخلات الطاقة المطلوبة لهذا التحويل—لها تأثير مباشر على ما إذا كانت العملية ذات أثر كربوني سلبي صافٍ أو ذات كفاءة من حيث التكلفة على النطاق التجاري.

ثانياً، لا تزال دورة الحياة طويلة الأجل لمادة المرشح سؤالاً مفتوحاً. فمن غير الواضح عدد دورات الترشيح التي يمكن لمادة الحمأة المشتقة أن تتحملها قبل أن تصبح مشبعة بالبلاستيك الدقيق أو تتدهور بسبب الاتساخ البيولوجي. بالإضافة إلى ذلك، لا يفصل ملخص الدراسة المسار النهائي للتخلص من المرشح أو تجديده بمجرد وصوله إلى نهاية عمره التشغيلي. وإذا كان يجب في النهاية طمر المرشحات المشبعة أو حرقها، فإن البلاستيك الدقيق الملتقط أثناء المعالجة قد يظل يطرح تحديات في التخلص منه، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى تقييمات كاملة لدورة الحياة.

## ما يجب مراقبته في الأشهر المقبلة، سيركز الباحثون وشركاء القطاع على الأرجح على الانتقال من الاختبارات المختبرية الدفعية إلى المحطات التجريبية ذات التدفق المستمر. وتشمل المحطات الرئيسية التي يجب مراقبتها البيانات المنشورة المحكّمة بشأن التوصيل الهيدروليكي للمرشح، وخصائص هبوط الضغط، والأداء عبر مستويات حموضة ودرجات حرارة مختلفة للمياه.

سيكون مراقبة التطورات التنظيمية المستقبلية بشأن البلاستيك الدقيق في مياه الشرب أمراً حاسماً أيضاً. ومع تطبيق السلطات القضائية في Europe و California أطراً تنظيمية إلزامية لرصد البلاستيك الدقيق في إمدادات المياه العامة، من المتوقع أن ينمو طلب المرافق على حلول الترشيح المحدثة. وينبغي للمراقبين متابعة الدراسات اللاحقة التي تقيم الجدوى الاقتصادية لبناء وحدات معالجة حمأة محلية داخل مرافق معالجة مياه الصرف الصحي ومياه الشرب البلدية مباشرةً، بالإضافة إلى مقايسات التسرب السمي لضمان سلامة المنتج.

يستند هذا التقرير إلى تغطية أصلية نشرتها TOI Science Desk في September 9, 2026.